Mecanismos de endurecimento

Teoria Completa

E aí, tudo bem?

As propriedades mecânicas dos aços são resultantes da interação entre os diferentes mecanismos de endurecimento envolvidos. Por exemplo o endurecimento por precipitação é um mecanismo extensivamente explorado nesses materiais, os principais mecanismos de endurecimento são: Solução sólida, Refino de grão , Precipitação, Discordâncias (encruamento) e transformações de fases. Vamos avaliar o porque??

Endurecimento por solução sólida

Uma técnica utilizada para aumentar a resistência de materiais consiste na inserção de elementos químicos diferentes daqueles que compõem a matriz do material que se deseja “endurecer”.

Notem que os elementos podem ser inseridos como substituto de um outro elemento então denominado: substitucional, exemplo: cobre em níquel. E os elementos também podem ser adicionados nos instersticios, exemplo: carbono em ferro.

Os átomos de soluto “deformam” a estrutura cristalina da matriz e interferem na movimentação das discordâncias, o efeito da inserção intersticial é maior que a substitucional.

Endurecimento por refino de grãos

Os maior parte dos materiais utilizados em engenharia são policristalinos. Os contornos de grão são barreiras que dificultam a movimentação das discordâncias, pois uma discordância não consegue atravessá-los, como a imagem abaixo :p.

Um material que possui grãos pequenos é mais duro e mais resistente do que um material que possui grãos maiores, porque tem maior área total de contornos de grão para dificultar o movimento das discordâncias. Ahh galera importante frizar que este é o único mecanismo de endurecimento que aumenta a tenacidade do material .

Observem que se uma discordância tentar passar de um grão A para dentro de um outro grão B teria de alterar sua direção de movimentação. :D

Endurecimento por precipitação

Resumidamente ocorre a precipitação de uma nova fase no seio de uma fase “matriz”. Elas bloqueiam a movimentação tornando necessário o aumento da energia de deformação. Mas como nem tudo nessa vida é fácil haha , temos que levar em consideração algumas coisas para ocorrer este tipo de endurecimento.

O sistema deve apresentar duas características para poder ser endurecido por precipitação:

1°) Deve haver uma solubilidade máxima de um componente no outro;

2°)Deve haver um limite de solubilidade que diminua rapidamente com a concentração do componente principal em função da diminuição da temperatura

O endurecimento por precipitação é empregado comumente em ligas de alumínio de alta resistência, principalmente para as ligas alumínio-cobre. A natureza das partículas precipitadas e, subsequentemente, as propriedades mecânicas do material (resistência, ductilidade, dureza) dependem tanto da temperatura de precipitação, quanto do tempo de envelhecimento a essa temperatura.

Endurecimento por encruamento

O encruamento é o mecanismo pelo qual um metal dúctil se torna mais duro e resistente depois de ter sido submetido a uma deformação em uma temperatura que pode ser considerada baixa em relação à sua temperatura de fusão.

Durante a deformação plástica, as discordâncias movimentam-se, multiplicam-se, interagem entre si formando “emaranhados”, daora.

As discordâncias são obstáculos para o movimento de outras discordâncias... Para que a movimentação das discordâncias continue a ocorrer passa a haver a necessidade de tensões crescentes.

Endurecimento por transformação de fase

Através tratamentos térmicos pode ser feita a formação de microconstituintes mais resistentes. Por exemploo a transformação da austenita , no resfriamrnto mais estável termodinamicamente a elevadas temperaturas, para outras fases mais estáveis a baixas temperaturas.

Coisas importantes para vocês saberem sobre este endurecimento:

  • Temperatura baixa de transformação mais finos serão os grãos e maior a densidade das discordâncias;
  • Temperatura baixa de transformação reterá solutos aumentando a resistência mecânica por solução solida;
  • Temperatura baixa de transformação, mais finas é a dispersão dos precipitados.

Expandir

Exercício Resolvido #1

Elaboração própria

Sobre o endurecimento por refino de grão, determine a opção correta:

  1. As propriedades mecânicas do metal não apresenta influência do tamanho do grão
  2. Um material com grão grosseiros são mais resistente que os com grãos finos
  3. O refinamento de grão é regido pela equação de Hall-Petch que determina uma relação empírica entre o limite de escoamento com o tamanho do grão.
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Passo 1

As propriedades mecânicas do metal apresenta influência do tamanho do grão

Passo 2

Um material com grão finos são mais resistente que os com grãos grosseiros

Passo 3

O refinamento de grão é regido pela equação de Hall-Petch que determina uma relação empírica entre o limite de escoamento com o tamanho do grão.

Resposta

Alternativa C

Exercício Resolvido #2

Elaboração própria

Como ocorre o aumento das propriedades dos aços microligados pelo refino de grão.

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Passo 1

Está associada ao refino dos grãos ferríticos e pela granulometria mais fina do material, obtida através de retardo na recristalização da austenita pela ação das partículas dos precipitados.

Resposta

O refino do grão é o único mecanismo de endurecimento capaz de aumentar a resistência mecânica e a tenacidade de um material.

Exercício Resolvido #3

Elaboração própria

Sobre o endurecimento por precipitação determine a opção correta:

  1. A técnica endurece a liga através da criação de impurezas sólidas, chamados de precipitados
  2. A presença de deslocamentos aumenta a força do material e do seu rendimento.
  3. A criação de materiais endurecidos por precipitação começa com o aquecimento do material a uma temperatura bem abaixo a Tf.  
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Passo 1

A técnica endurece a liga através da criação de impurezas sólidas, chamados de precipitados

Passo 2

A ausência de deslocamentos aumenta a força do material e do seu rendimento

Passo 3

A criação de materiais endurecidos por precipitação começa com o aquecimento do material a uma temperatura muito elevada.

Resposta

Alternativa A

Exercício Resolvido #4

Elaboração própria

Sobre o endurecimento por precipitação determine a opção correta:

  1. A técnica endurece a liga através da criação de impurezas sólidas, chamados de precipitados
  2. A presença de deslocamentos aumenta a força do material e do seu rendimento.
  3. A criação de materiais endurecidos por precipitação começa com o aquecimento do material a uma temperatura bem abaixo a Tf.  
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Passo 1

A técnica endurece a liga através da criação de impurezas sólidas, chamados de precipitados

Passo 2

A ausência de deslocamentos aumenta a força do material e do seu rendimento

Passo 3

A criação de materiais endurecidos por precipitação começa com o aquecimento do material a uma temperatura muito elevada.

Resposta

Alternativa A

Exercício Resolvido #5

Elaboração própria

Sobre o endurecimento por encruamento determine a opção correta:

  1. Esse endurecimento dá-se devido a redução das discordâncias e imperfeições promovidas pela deformação, que impedem o escorregamento dos planos atômicos
  2. É o fenômeno no qual um material endurece devido à deformação plástica
  3. A medida que se reduz o encruamento maior é a força necessária para produzir uma maior deformação
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Passo 1

Esse endurecimento dá-se devido ao aumento de discordâncias e imperfeições promovidas pela deformação, que impedem o escorregamento dos planos atômicos

Passo 2

É o fenômeno no qual um material endurece devido à deformação plástica

Passo 3

A medida que se aumenta o encruamento maior é a força necessária para produzir uma maior deformação

Resposta

Alternativa B

Exercício Resolvido #6

Elaboração própria

Explique sucintamente sobre o endurecimento por encruamento

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Passo 1

Ocorre abaixo da temperatura de recristalização (próximo da temperatura ambiente). Os grãos alongam-se na direção do esforço mecânico aplicado (menos intensamente na laminação a frio e mais intensamente quando severamente estirado – trefilação).

Resposta

Ocorre abaixo da temperatura de recristalização, os grãos alongam-se na direção do esforço mecânico aplicado.

Exercício Resolvido #7

Elaboração própria

Explique a influência de átomos de soluto nas propriedades do aço.

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Passo 1

Introdução de deformação no reticulado cristalino devido a diferença de diâmetros atômicos para a redução da energia total do sistema, associada a presença das discordâncias, há o posicionamento correto dos átomos de soluto: soluto de diâmetro menor que os de solvente colocam-se em regiões de compressão, e os de diâmetro maior que os de solvente nas regiões de tração.

Resposta

Introdução de deformação no reticulado cristalino devido a diferença de diâmetros atômicos para a redução da energia total do sistema, associada a presença das discordâncias, há o posicionamento correto dos átomos de soluto: soluto de diâmetro menor que os de solvente colocam-se em regiões de compressão, e os de diâmetro maior que os de solvente nas regiões de tração.

Exercício Resolvido #8

Elaboração própria

Explique como funciona o aumento da resistência mecânica do aço através do mecanismo de endurecimento por solução sólida.

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Passo 1

Pode-se entender o aumento de resistência mecânica como o aumento da tensão de cisalhamento τ necessária para mover a discordância, assim, supondo que cada átomo de soluto produz uma força F de restrição sobre a discordância, e que os átomos de soluto estão espaçados por uma distância média d, tem-se que o incremento de tensão necessário para a movimentação da discordância por unidade de comprimento desta é:

∆ τ = F b × d

Resposta

∆ τ = F b × d

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